汽车电子控制技术(上)课件.ppt

汽车电器电子技术,吉林大学,参考书目,汽车电器与电子技术 机械工业出版社，2013.7，孙仁云 付白学 汽车电子控制技术 机械工业出版社， 2010年3月， 付百学 现代汽车电子控制技术 国防工业出版社， 2006年5月， 罗玉涛 汽车电子控制技术 人民交通出版社， 2005年10月， 冯崇毅,吉林大学,第一章 概述和基础知识 第二章 发动机电子控制系统 第三章 电子控制自动变速系统 第四章 汽车电子防抱死制动系统 第五章 汽车巡航控制系统 第六章 电子控制安全气囊 第七章 电子控制悬架系统 第八章 车载网络技术 第九章 汽车电控系统设计 第十章 汽车电器技术,主要内容,吉林大学,第一章 概 述,第一节 汽车电子技术的发展历史和现状 一、汽车电子技术的发展历史：传统汽车主要由机械部件构成，较少采用电子装置，结构和性能的改善由机械装置实现 汽车电子化进程经历了：二极管、三极管、小规模集成 电路、中规模集成电路、大规模集成电路到超大规模集成电路、微处理机及复杂控制系统。 60年代初：采用简单的电子装置，二极管整流的交流发电机、电子调节器、采用晶体管的电子点火装置等 80年代以来：电子技术广泛应用于汽车 目前：汽车电子化程度已成为衡量一个国家汽车生产技术水平的重要标志,吉林大学,第一章 概 述,衡量方法：平均每台汽车电子装置的费用 平均每台汽车电 子装置所占汽车成本的比例 美国： 自60年代初开始汽车电子装置费用逐年增加 1970 1980 1990 1995 2000年以后 美元： 25 248 872 1600 20004000 电子元器件所占整车成本比例 1970 1980 1990 1995 2000以后 8.4% 10% 13% 20% 40%以上,吉林大学,现代汽车电子装置的种类,吉林大学,吉林大学,吉林大学,二、汽车电子产品的特点 1. 安全可靠 2. 适合大批量生产，成本低 3. 必须能适应苛刻的工作环境：温度、振动、灰尘、电磁干扰等,第一章 概 述,吉林大学,第一章 概 述,三、汽车上采用电子装置的好处： 1. 改善排汽污染、节约能源 2. 提高安全性：主动安全和被动安全 3. 方便操纵性，增加驾驶乐趣 4. 创造更加舒适的乘车环境、改善车辆性能 5. 提高性价比,吉林大学,第二节 基础知识 一、电子计算机基础知识 （一）计算机基本组成：中央处理器、程序存储器、数据存储器、输入输出接口、时钟与电源等。 1. 中央处理器CPU（Central Processing Unit）：核心部件，它通过接口向系统各受控部件发出指令，同时进行运算、数据处理和逻辑判断等。 运算器ALU：对数据执行算术与逻辑运算、移位操作等 寄存器：通用寄存器、暂存寄存器等 控制器：发相应的控制指令，使系统按一定的时序进行操作,第一章 概 述,吉林大学,2. 存储器 ROM：(read only memory)：用于存放程序、表格和常数。断电后内容不会丢失。控制系统程序、特性曲线、MAP图、换档规律表等。ROM有三种类型： a. 掩膜ROM：简称ROM，由芯片生产厂家利用光刻掩膜技术 将程序写入，写入后的内容不可由用户更改，可靠性较高，大量生产时成本较低，一般用于定型产品大批量生产。 b. 可编程ROM（PROM）：出厂时未写入程序，只能由用户进行一次性写入，一旦写入便不可更改。 c. 可擦写可编程ROM（EPROM）:可由用户反复地写入程序又分 为两类：紫外线擦除 EPROM 电擦除E2PROM FLASH,第一章 概 述,吉林大学,RAM（Random Access Memory）：读写存储器或随机存取存储器，用于存放现场输入、输出的数据、运算的中间结果以及各种临时性信息。 静态RAM: 工作稳定、不用刷新，但成本高、功耗大 动态RAM: 功耗小、成本低，需要刷新 常用的静态RAM: 6116，6264，62256等。 3. 输入输出接口(Input/Output)：是CPU 与外界进行通信和数据交换的通路，从外界来的信息经I/O口送入CPU，CPU发出的控制指令通过I/O 口送到外设,第一章 概 述,吉林大学,4. 总线(BUS)：传递信息的一组信号线，在CPU、存储器和I/O口之间传递信息。 数据总线DB：用于传送数据信息，数据总线的宽度（位数）决定了CPU能并行输入/输出的二进制数据的位数。8位机有8根导线，双向 地址总线AB：用于传送地址信息，CPU通过地址总线寻找特定的存储器单元或I/O端口。地址总线的位数决定了微机所能直接寻址的存储器空间范围。如需对存储器内的某单元进行读或写操作时，必须先将该单元的地址码送到地址总线上，然后再发出读或写的命令，是单向信号线，地址信号由CPU 输出送入存储器或I/O口,第一章 概 述,吉林大学,例：地址总线为8条，内存的存储单元总数为28地址总线为16根，内存的存储单元总数为216=65536个即64K字节。单向 控制总线CB：用于传送各种控制信息。CPU发出的控制命令及其他部件向CPU发出的请求信息均须通过控制总线来传递。命令：读数据写数据、发地址。由一些不同方向的单向信号线组成。三总线又合称为系统总线。,第一章 概 述,吉林大学,（二）计算机中的数制 1. 数制：二进制，0和1，逢二进一， 2. 电平：计算机中用1和0分别代表高、低电平，高电平（2.7V-5V），低电平（0-0.7V） 高低电平、沿跳变 占空比：占空比=,第一章 概 述,吉林大学,（三）常用的半导体器件 1二极管：单向导电性，正向导通，反向截止。如图： 应用于汽车上的有： 整流二极管（交流发电机） 稳压二极管 开关二极管 发光二极管,第一章 概 述,吉林大学,2晶体管：又称三极管，如图，由两个二极管组成，为电流控制元件，有三个极：基极b，发射极e，集电极c 分类：PNP型和NPN型，应用较多的是NPN型,第一章 概 述,吉林大学,作用： a. 放大作用：基极电流的很小变化能引起发射极 和集电极间电流的很大变化，发动机点火系中晶 体管点火系统用到其放大作用 b. 开关作用：导通时：饱和状态，压降为0.1-0.3V 输出低电平，关闭时：截止状态，输出高电平 3场效应管：是一种新型的晶体管，外型与普通晶体管相似，为电压控制元件，有三个极：源极S，漏极D， 栅极G,第一章 概 述,吉林大学,4光电隔离器：也称光电耦合器，它通过光来传递信息使输入输出在电气上完全隔离， 作用： a. 抗干扰:干扰源一般有较大的电压幅度，但能量较小只能形成微弱电流，而光电输入端的发光二极管是在电流状态下工作的，干扰源会因无法提供足够的电流而被抑制掉。光隔为密封集成件，不会受外界干扰 b. 可用于电位不同的的电路间的耦合,起电平转换作用 如图所示：,第一章 概 述,吉林大学,（四）集成电路（IC）：产生前多为分立元件（元件+导线）体积大，可靠性差。60年代初，美国一家仪器公司首创把电子元器件及导线制作在一小片硅片上并封装起来。 优点：结构紧凑，可靠性高，成本低，功耗小，响 应速度快。 发展：a.小规模集成电路：每块芯片上的元气件数量 一般不超过100个 b.中规模集成电路 c.大规模集成电路：元件超过10万个 d.超大规模集成电路：,第一章 概 述,吉林大学,分类： a.模拟型集成电路：宽带放大器，模拟乘法器，函数发生器等 b.数字型集成电路：门电路（小规模），存储器、微处理器和微控制器（大规模到超大规模） c.组合型集成电路：在同一芯片上既有模拟电路又有数字电路,第一章 概 述,吉林大学,二、自动控制基础知识 （一）自动控制系统组成：三大部分 信号采集部分：传感器 电子控制单元（ECU）：对传感器的各种输入信号进行分析处理，向被控装置输出控制信号 执行器：根据ECU的输出信号完成对被控对象的操作,第一章 概 述,吉林大学,（二）开环控制与闭环控制 1. 开环控制：ECU不对控制系统的输出进行监测，即不考虑实际输出与期望输出之间的差异,第一章 概 述,吉林大学,2. 闭环控制：ECU通过反馈传感器和反馈电路对控制系统的输出进行实时监测，并根据实际输出与期望输出之间的差异产生相应修正信号，使实际值接近期望值，控制精度高。电子油门,第一章 概 述,吉林大学,（三）PID控制（比例-积分-微分）：属于经典控制，它是连续系统中技术成熟、应用广泛的一种控制方式。 优点：是不需了解被控对象的数学模型，只要根据经验进行调节其参数在线整定，即可取得满意结果。 缺点：对被控对象参数变化比较敏感 PID控制用微机实现称作数字PID调节器，广泛应用于汽车动力传动系统，如节气门开度控制、离合器结合行程的控制,第一章 概 述,吉林大学,（四）最优控制：经典控制理论不适用于多变量、时变、非线性系统，而这些系统在汽车工程中大量用到，必须采用现代控制理论的所提供的状态空间设计法。它是利用状态空间表达式，确定系统的控制规律使控制系统达到要求的性能指标。即适用于单变量、定常系统和线性系统，也适用于多变量、时变系统和非线性系统。状态空间设计法分很多种，但在汽车电子系统中多采用使二次型指标最优来确定控制规律的最优控制法。,第一章 概 述,吉林大学,（五）自适应控制：是综合运用现代控制理论的一门新兴技术，研究对象是具有不确定性的系统。在反馈控制系统中，系统的微小变化对动态特性的影响可以被减弱，但当系统的参数和环境变化比较显著时，只有采用具有一定适应能力的系统才能满足要求。所谓适应能力就是系统本身能够随着环境条件或结构的不可预计的变化，自行调整或修改系统参数，这种本身具有适应能力的控制系统成为自适应控制系统。 自适应控制系统分类： 1. 前馈自适应控制： 也叫开环自适应,第一章 概 述,吉林大学,应用对象：如果通过可测信号能够观测到过程特性的改变，并且预先知道如何根据这些信号来调整控制器，那么就可应用前馈自适应控制系统。 在汽车电控系统中，为适应海拔高度、工作温度等参数的变化，控制系统通常采用这种前馈自适应。利用气压表或温度计即可测出这些参数的变化量，并且可在控制器中预先设定好系统随之所作的改变,第一章 概 述,吉林大学,2. 反馈自适应控制：如果过程特性的变化不能直接观测到，则根据系统的输入、输出信号等参数依据自适应算法计算出输入控制器的参数，使之适应过程。,第一章 概 述,吉林大学,（六）模糊控制：不需要预先知道过程的精确数学模型在控制过程中，首先把由各种传感器测出的精确量转化成为适于模糊运算的模糊量，然后将这些量在模糊控制器中加以运算，最后再将运算结果中的模糊量转化为精确量，以便对执行器进行具体的操作控制。,第一章 概 述,吉林大学,三、汽车电子技术基础知识 （一）汽车用微机 1单片机定义：Single Chip Microcomputer 将中央处理器（CPU）、ROM、RAM、定时器/计数器和一些I/O接口电路、A/D转换电路集成在一块芯片上的微型计算机，能独立完成所需控制功能。又称微控制器（Microcontroller Unit, MCU）。是微型计算机家族的重要成员。与微处理器的区别：微处理器（MPUMicro Processing Unit）将CPU做在一块集成电路芯片上使之成为一个独立的器件 第一块单片机由美国德克萨斯仪器公司于1974年推出。,第一章 概 述,吉林大学,吉林大学,吉林大学,2特点： （1）集成度高、功能强、通用性好 （2）体积小、重量轻，价格便宜、可靠性好 （3）面向控制：内部具有许多适用于控制目的的功能部件其指令系统也包含了丰富的适宜于完成控制任务的指令。尤其是用于自动控制领域，完成实时控制任务。在汽车电控系统中得到广泛应用 （4）只需改动软件就可实现不同的控制功能 （5）速度快、控制精度高 4位，8位，16位，32位 目前应用广泛系列：Intel公司的MCS-51系列，MCS-96系列，Motorola多种型号,Philips的80C51系列，日本NEC公司，INFINEON公司。,第一章 概 述,吉林大学,安,3单片机分类 无ROM型：价格低，外扩一片EPROM即可组成基本微机系统 ROM型：只能由制造厂商掩膜编程，适合大批量生产 EPROM型：常用的有两种封装 a. 开窗口的陶瓷封装，应用中任意擦除、写入，价格较贵适合研制样机使用， b.不开窗口，只允许一次性写入，OTP，写入后不能更改，价格仅为开窗口的1/3，适用于小批量生产。E2PROM，FLASH（快、便宜、AD精度高、可在线编程）,第一章 概 述,吉林大学,吉林大学,（二）汽车电控系统组成 1传感器：感知车辆运行状态和外部信息，在自控系统中相当于人的感觉器官 2电子控制单元（ECU）：是电控系统的核心，通常以单片机为控制核心，外加相应的控制电路，主要作用是对输入信号进行运算、判断和处理，形成决策并发出相应的控制命令给执行器，实现自动控制功能 3执行器：用来实现控制意图,第一章 概 述,吉林大学,1. 汽车用传感器,吉林大学,吉林大学,2电子控制单元（ECU）： （1）电源模块: （2）微控制系统模块: （3）输入模块： （4）输出模块:,第一章 概 述,吉林大学,3. 执行器:根据ECU输出的控制信号完成相应的机械动作 将电信号转换为机械运动的部件：电磁线圈、电动机、压电元器件 汽车各控制系统所使用的执行器情况,吉林大学,第一章 概 述,四、汽车电子技术涉及的若干技术问题： （一）微控制器： 在汽车上应用要求： 1. 体积小 2. 成本低 3. I/O口多，并行处理、实时处理能力强 4. 抗干扰能力强,吉林大学,第一章 概 述,要解决的问题： 1. A/D，D/A与微处理器复合，减少信号转换，提高微处理器处理能力和系统可靠性 2.提高微处理器的基本输入输出能力，以便直接驱动高功率部件 3.建立汽车专用的微处理器高级编程语言，提高编程效率 4.开发具有并行处理能力的汽车专用微处理器：AMT换档过程，油门和离合器控制，双机通信中断方式，占用CPU时间。 INFINEON的C167PEC 不占用CPU时间,吉林大学,第一章 概 述,（二）存储器：处于电源通断和电磁干扰环境中， 要求： 1.可靠的接收和保持数据的能力 2.存储器容量足够大 3.存取速度快，数据便于修改，功耗小,吉林大学,第一章 概 述,（三）软件： 1.汽车软件设计应由专项功能转为多项功能，并达到数 据共享和综合控制 2.故障诊断和故障预警软件的开发和完善：安全性要求 高，尤其随着电子元器件增多，更易受到干扰， 故障 预警软件功能：在故障发生前准确预料要出现的问题并 通知驾驶员 3.如何将人工智能、神经网络和最优控制理论应用于汽 车控制系统：需要开发出高性能的微处理器作为支持。,吉林大学,（四）车用电子元器件 1.车上空间有限，要求安装密度和布线密度高 2.要求结构简单、坚固耐用、耐高温-40125、可靠 性高 3.便于自动化大批量生产 4.开发出高可靠性的集成控制电路和功率器件,第一章 概 述,吉林大学,第一章 概 述,（五）传感器：一般要求有五年以上的寿命，并维持两年无性能调整 智能传感器：能处理模拟、数字信号，并能实现某些逻辑功能，有信号处理和参数记忆功能，另外还能自动进行时间漂移，温度漂移和非线性的自校正 （六）执行机构：电磁阀、电动调节阀、步进电机、直流电机等。 要求体积小、功耗小、响应速度快、驱动能力强,吉林大学,第一章 概 述,（七）汽车网络技术： 作用： 1. 解决汽车电子化中出现的线路复杂和线束增加问题， 2. 实现车上通信和资源共享， 3. 降低成本。,吉林大学,第一章 概 述,存在技术问题： 1. 网络传输速度问题 2. 网络传输安全性问题 3. 网络传输的实时性及可预测性问题：基于事件触发的网络通信，当多个信息同时发送出现拥挤现象时，信息传输会出现较大延迟，且延迟时间无法预测。TTCAN：多个节点首先同步，然后在特定的时间窗口传送信息，可预测传送延迟时间，2002年推出,吉林大学,在汽车各电控系统中，以发动机电控技术应用最早 早期：使用模拟电路控制装置，发动机电子控制系统由单独的电控装置构成，主要包括：电子点火装置和汽油喷射装置。 70年代末：开始应用微机技术，要增加控制功能很容易很多可用软件实现，将点火控制、汽油喷射控制及辅助控制功能集中在一个电控单元上，称为集中控制系统也称发动机管理系统。 从模拟电路到数字电路，从单独控制到集中控制。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,第一节 电控汽油喷射系统 汽油机燃油供给系统的任务：据发动机不同工况要求，配置相应空燃比和一定数量的可燃混合气送入汽缸。两种方法： l 化油器式：传统汽车采用化油器，汽油通过化油器和空气混合后进入汽缸，用化油器调节空燃比 l 喷射式：通过喷油器将汽油喷入进气道内或直接喷入汽缸内，与进入的空气混合形成可燃混合气，通过控制汽油喷射装置调节控燃比。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,一、汽油喷射供给系统的发展历史 l 30年代：汽喷技术最早开始应用于航空活塞式发动机上 l 50年代：开始应用于轿车发动机 l 1967年：德国博世公司推出第一台电控汽油喷射系统，并装在德国大众轿车上,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,二、分类 l 按喷射系统执行机构不同分为 1.单点喷射（SPI）：一个喷油器供给两个以上汽缸，喷油器安装在节气门体上，向进气总管喷油，又称节气门体喷射系统或集中喷射系统 2. 多点喷射（MPI）：每个汽缸进气门前部都安装一个喷油器，将燃油喷入各进气门前方,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,l 按喷射控制装置型式不同分为 1. 机械式：喷射控制装置主要由空气计量器和燃油分配器组成两者组合成一体，喷油量的控制通过机械传动装置实现 2. 机电式：在机械式基础上改进而成。与机械式的主要区别是在燃油分配器上安装了电液式压差调节器，由电控单元控制其动作来调节燃油量，提高了控制的灵活性 3. 电控式：根据各种传感器送至ECU信号获知发动机的运行状况，经运算后由ECU发出控制喷油量的指令,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,l 按喷射方式不同分为 1. 间歇喷射或脉冲喷射：应用广泛，发动机运转期间汽油间歇喷射喷油量大小取决于喷油阀开启时间，由ECU控制 2. 连续喷射式：发动机运转期间汽油连续不断喷射，多用于机械式或机电式汽油喷射系统 l 按喷射位置不同分为 1. 进气道喷射式：喷油器安装在进气歧管上把燃油喷在进气道内进气门的前方，是目前常用方式 2. 缸内燃油直接喷射：喷油器装在汽缸盖上，把燃油直接喷入汽缸内，需较高压力的喷油装置，成本高，布置复杂,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,l 按喷射时序分为 1. 同时喷射：由ECU发控制信号控制喷油器同时喷油 2. 分组喷射：将多个喷油器分为不同组，由ECU分组控制喷油器轮流交替喷射 3. 顺序喷射：也称独立喷射，由ECU控制各喷油器按特定次序轮流喷射,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,三、电子控制汽油喷射系统 l 1967年，博世公司推出第一台D型（D-Jetronic）汽油喷射系统，其经济性、动力性和排气净化性都优于化油器发动机，采用进气管压力作为控制喷油量的主要因素，缺点是在汽车突然制动、下坡节气门关闭或大气状态有较大变化时会产生加速响应不良 l 1973年，经改进，采用以吸入空气流量（空气流量计）作为控制喷油量的主要因素，称为L型应用广泛。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,吉林大学,吉林大学,L型电控汽油喷射系统： （一）系统组成：燃油供给系统、空气供给系统和电控系统组成。 1燃油供给系统：由电动汽油泵、燃油滤清器、燃油导轨、压力调节阀和喷油器等组成。功能：将汽油加压、计量和雾化后供给发动机，形成符合空燃比要求的可燃混合气。如图：,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,（1）电动汽油泵：供给燃油系统足够流量和规定压力的燃油，分外装式和内装式。 外装式：装在油箱外输油管路中。内装式：装在油箱内，不易泄露，噪音小，目前广泛采用。 （2）燃油滤清器：过滤燃油中杂质。滤清器为精密元件，易堵塞失效，使用时间取决于受污染程度，一般行驶4万公里需更换。 （3）燃油导轨：a. 将燃油均匀、等压地分配给各喷油器 b.储油蓄压，油轨容量相对于发动机循环喷油量大 得多，可防止燃油压力波动，供给喷油器以等量的 油量。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,（4） 压力调节器： 功能：使系统油压（燃油总管内的油压）与进气歧管压力之差保持恒定。由于喷油量是通过ECU发喷油脉冲，控制加给电磁喷油器的通电时间来控制的，为使喷油量唯一取决于喷油器的开启时间，必须保证喷油器前的燃油总管油压与喷油器后的进气歧管压力之差保持不变，但进气歧管压力随发动机负荷变化，因此燃油总管内的油压应随进气歧管压力变化而变化，这是由压力调节器实现的。 结构如图：通常直接安装在燃油总管上膜片将金属壳体分成燃油室（直接与燃油总管相连）和弹簧室（由一软管连接至进气歧管）两部分,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,工作原理：膜片一侧承受燃油 总管压力，另一侧承受进气歧 管负压与弹簧压力的合力，当 燃油总管的油压超过该合力作 用，将推动膜片下移打开阀门， 超压燃油通过回油管返回油箱, 使燃油总管及燃油室内油压始 终跟随进气歧管压力变化，而 两者之间压差保持不变。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,（5）喷油器：喷油系统的重要部件，单点式安装在节气门体上，多点式每个汽缸装一个。结构如图 工作原理：燃油由燃油总管从喷油 器顶部经滤网进入喷油器内，不通 电时，电磁线圈内无电流，针阀被 弹簧压紧在阀座上，当ECU发喷油 脉冲时，线圈通电，产生电磁力， 将衔铁与针阀吸起，使燃油通过轴 针头部环行间隙喷出，并在喷油器 头部前端将燃油粉碎雾化，与进气 歧管内吸入的空气混合进入汽缸。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,燃油供给系统的工作过程： 燃油由电动汽油泵从燃油箱泵出经燃油滤清器去除杂质燃油导轨通过压力调节器使系统压力保持恒定，过量压力油返回油箱经调节后的压力油送至各喷油器，接受电控单元指令。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,2空气供给系统： 功能：为发动机可燃混合气的形成提供必须的空气，测量和控制发动机运行时吸入汽缸的空气量。 组成：进气总管、进气歧管、节气门、空气滤清器和空气流量计。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,工作过程：空气由空气 滤清器吸入，经空气流量 计、节气门通道进入进气 总管、进气歧管，到达发 动机汽缸。空气流量由驾 驶员踩加速踏板操纵节气 门来控制，怠速时，踏板 完全松开，节气门关闭， 空气由空气流量计的旁通 道流入，供给怠速时所需 空气。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,3电控系统：由传感器、电控单元ECU和执行器构成 （1）传感器： 空气流量计、进气歧管压力传感器 发动机转速传感器 温度传感器（冷却水温、进气温度）、 节气门位置 曲轴位置传感器（空燃比控制和点火定时控制）,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,空气流量计： a. 组成：翼片、补偿挡板、回位弹簧、缓冲室、旁通空气道电位计调节螺钉、空气温度传感器 b. 工作原理：翼片轴上装有电位计，空气 翼片转轴与电位计是同轴结构，发动机进 气时，气流推开翼片的力与作用在翼片上 回位弹簧的力相平衡，使翼片可保持在稳 定位置，翼片随空气流量变化在空气主通 道内偏转。不进气时，翼片自动回位。翼 片的偏转位置决定空气通道开启的截面积， 翼片旋转的角度将直接转换至电位计上， 翼片旋转角度不同产生不同的阻值，再转 为电信号送入ECU。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,由于发动机进气过程中进气管系压力有波动使之吸入的空气产生脉动，缓冲室和补偿挡板用于减小翼片脉动，使翼片运转平稳。 旁通空气道：当发动机怠速，空气道内空气翼片置于关闭时，允许少量空气经旁通空气道流过，调节螺钉用于调整发动机怠速时混合气成分。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,曲轴位置传感器：组成：信号转子、线圈和永久磁铁。 作用：a. 提供相对于活塞上止点位置的曲轴转角信号。 b .测发动机转速,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,工作原理：信号转子上有凸齿，发动机运转带动信号转子转动，信号转子与线圈之间的气隙发生变化，通过线圈的磁通量变化便会在线圈两端产生感应电压并以脉冲形式输出。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,通常将该传感器装在分点器内，分电器内的信号转子与分电器同轴旋转，分电器轴又由凸轮轴驱动，转子上有凸齿，通常凸齿数与汽缸数相等，分电器内还设有感应线圈和磁铁组成的定子，旋转过程中，转子凸齿正对定子磁极时，磁通量变化率为零，是输出负脉冲的零点，将该点作为活塞到达上止点的基准信号。在喷射系统中还需测出第一缸活塞到达上止点的信号，以便按顺序进行喷射，为此在分电器内另设一传感器，转子只设一个凸齿，转一圈只出一个脉冲，将该脉冲 作为第一缸活塞到达上止点的基准信号。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,吉林大学,发动机转速传感器,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,（2）电控单元ECU：包括微控制器、程序数据存储器、信号处理电路（模数转换电路，脉冲信号放大、整形、滤波电路），喷油器驱动电路等。 l 模数转换电路：温度、节气门位置、空气流量，压力信号 l 信号处理电路：转速信号、上止点信号，需放大、整形、滤波。 l 驱动电路：微机输出的喷油脉冲信号必须经过驱动放大，保证有足够的功率控制 喷油器的开启和关闭，采用功率三极管,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,工作原理：驱动脉冲将电路接通，电磁线圈中的电流逐渐增大，增大到一定程度将针阀开启。 附加电阻：只有在使用低阻喷油器时使用，防止电磁线圈中电流过大，造成线圈发热而烧毁。低阻：0.6-3 高阻：12-17 消弧电路：消除电路中的电弧，并联到电路上,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,（3）执行器：电动汽油泵、喷油器,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,（二）电控汽油喷射系统控制要点： 基本控制思路：ECU通过空气流量计（L型）或进气歧管绝对压力传感器（D型）计量空气流量，根据发动机的进气量和转速计算出基本喷油脉宽（喷油持续时间），再利用传感器检测到的冷却水温度，进气温度、节气门开度等与发动机工况有关的参数对基本喷油量进行修正，得出最佳喷油脉宽，按喷油定时（ECU根据曲轴位置信号和判缸信号确定的）进行喷油。过程如图：,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,1. 喷油量控制：通过发动机转速和吸入空气量确定基本喷油量，再通过与发动机运行工况有关的参数对其进行修正，得出最佳喷油量，由ECU发占空比不同的喷油脉宽调制信号控制喷油量，不同厂家的产品采用的方法不完全一样。常见方法：喷油脉宽控制方式概括讲分为两部分，起动喷油控制和起动后喷油控制，以发动机转速作为转换信号（如400r/min）。 （1）起动喷油控制：冷机起动时，由于温度、转速较低，喷入的燃油不易汽化，有相当一部分燃油凝结在进气道管壁上，使实际吸入汽缸的混合气变稀，因此要附加喷入一定量的燃油，通常采用两种方式获得起动加浓喷油量：,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,（2）起动后喷油控制：发动机转速超过预定值后，ECU自动转入起动后的喷油控制，分以下几种方式控制 a. 起动后暖车加浓：起动后温度不高，仍有一部分燃油凝结在汽缸壁上，使实际吸入的混合气变稀，此时冷起动阀停止喷油，若不加浓，发动机转速会明显下降。 方法：ECU通过检测发动机温度计算喷油量，水温低时，传感器阻值大，送入ECU的电压值也大，ECU控制喷油多，水温高时，喷油少，一般水温高于60C，ECU停止附加喷油量，暖车过程完成。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,b. 正常行驶工况：由于大部分在中、小负荷下运行，此时保证供给经济的混合气成分，使发动机具有最低的燃油消耗率和良好的排放性能。 c. 加、减速工况：加速时，节气门突然开大，短时间内混合气变稀，要求短时间内使混合气加浓，由ECU控制增加喷油脉宽。减速时，混合气变浓，由ECU控制减小喷油脉宽。 d. 全负荷工况：全负荷运行时，发动机应输出最大转矩供给混合气也应加浓。 全负荷工况的判断：根据节气门传感器由ECU进行判 断若是全负荷，则按该工况对喷油量进行校正。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,一、电子点火系统的发展 60年代初：美国通用推出晶体管点火系统（辅助触点式点火系统）工作原理:触点闭合时,电流从正极-触点-晶体管基极-负极，基极电流使晶体管导通,接通一次绕阻,产生强磁场.当触点断开时,基极无电流,晶体管截止,一次绕组中电流被切断,便在二次绕阻感应出高电压。断电器触点不再直接控制一次电流的通断，而是作为晶体管的触发控制器,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,优点： 流过触点的电流可以减小到一次电流的1/5到1/10不易烧蚀 与传统相比，若适当提高匝数比，可使次极电压明显提高，且点火能量显著增大 缺点： 触点仍存在，表面易氧化变脏 凸轮顶块易磨损产生误差，使点火性能变差。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,吉林大学,进一步发展：触点被取消，采用电子开关取代触点断电器，称无触点电子点火系统，采用点火控制器控制系统工作，克服了与触点相关的所有缺点。 70年代末80年代初：进入计算机控制点火系统时代，取消了断电器和点火提前装置，在点火时刻方面的控制明显优于普通的电子点火系统。另一种计算机控制点火系统将分电器也取消，称无分电器式点火系统，由计算机按发动机点火顺序直接控制点火。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,二、点火系统的分类： 1按储能元件不同分为： （1）线圈式点火系统：是常用的点火系统，火花放电 的能量（点火能量）储存在点火线圈中，结构简 单，性能可靠。 （2）电容放电式点火系统：点火能量储存在电容器中 点火线圈只起变换电压的作用，多用于高速高性 能的赛车。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,2按点火正时的检出方式分为： （1）触点式：传统的点火系统用触点直接接通与断开来控制一次电流，国内仍采用 （2）辅助触点式： 优点：触点作为晶体管的触发控制器，触点闭合时，流过断电器触点的电流为一次电流的1/5-1/10，触点不会烧蚀，提高了触点寿命。也称晶体管式点火系统，适用于改进传统式点火系统。 缺点：触点仍存在，触点表面会氧化、变脏，凸轮顶快磨损产生误差，仍会使点火性能变差。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,（3）无触点式：不用触点检出点火正时，而用电磁、光电等器件检测点火正时（采用无触点的传感器代替机械触点）。也称高能点火系统，可根据发动机转速的高低对一次绕组的通电时间进行控制 3按点火控制方式不同分为： （1）点火控制器控制： （2）计算机数控：一般为无触点的高能点火系统 普通电子点火系统在提高点火电压和点火能量方面很有效，但对点火时刻控制仍采用离心机械式或真空提前装置完成（机械点火装置），由于机械系统的滞后、磨损及本身结构的限制，不能保证点火时刻始终处于最佳状态，主要介绍计算机控制的点火系统。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,三、计算机控制的点火系统：以传感器 检测发动机运行状态与条件，经过微机 的计算与处理，可将点火提前脚等控制 在最佳值，同时可改善发动机起动性， 提高怠速稳定性，降低燃油消耗，还可 进行爆震控制（在经济性、动力性、运 转平稳性和排放等方面达到最佳）。 1系统组成：监测发动机运转状况的 传感器、处理信号并发送指令的ECU和 执行ECU指令的执行器。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,（1）传感器：爆震传感器 爆震检测方法： a.汽缸压力 b.发动机机体振动 c.燃烧噪声 其中汽缸压力法精度最高，但传感器耐久性差且难安装，常用发动机机体振动法，检测爆振发动机机体振动的传感器有两种：磁致伸缩式和压电式，压电式又分为共振型和非共振型,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,磁致伸缩式：应用最早，组成如图 工作原理：将发动机震动频率转换成电信号。高镍合金组成的磁芯外侧设有永久磁铁，在其周围缠绕着感应线圈，磁芯通过永久磁铁压放在和发动机汽缸连接的螺丝顶部，当磁芯由于汽缸振动而受到压力时，它的导磁性发生变化，因此在线圈内产生和气缸振动相关的感应电动势，此电动势即为传感器输出电压信号，电压信号大小与发动机振动大小及频 率有关，当发动机发生设定的爆震 强度时，传感器输出电压信号最大， 为实现点火提前角闭环控制提供反 馈信号。所有传感器中仅爆震传感 器是电控点火系统专用的，其他都 与电喷相同。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,（2）电控单元ECU：单片机、ROM、RAM、模拟输入电路、脉冲输入电路和驱动电路 （3）执行器：可分为分电器式和无分电器式 分电器式点火系统：只用一个点火线圈产生高电压然后由分电器按点火顺序依次分配到各缸火花塞上进行点火 执行器：由分电器、点火线圈和点火器组成。 a. 分电器：分电器内取消断电器，不再承担点火线圈初级绕组通断任务，仅起到对高压电的分配作用，多数分电器内装有电磁式曲轴位置传感器，有些车型将点火线圈和点火器全集成在一个分电器内。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,b. 点火线圈：一般分为开磁路式和闭磁路式。 闭磁路式：铁芯是封闭的，磁通全部通过铁芯内部，而铁芯的导磁能力约为空气的一万倍，电器磁阻小，所需匝数少，易实现小型化，可与点火器、火花塞一体化，现代电控点火系统采用。 开磁路式：要获得与闭磁路式相同的磁通量，所需初级和次级线圈匝数多，小型化困难。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,c. 点火器：分离式，组合式：点火器和点火线圈做在一起 I点火控制电路：用来分别控制功率三极管导通和截止时刻，包括点火定时和闭合角的控制。 II点火确认信号（IGF）发生电路：当点火线圈初级电流被切断时，产生的反电动势触发IGF信号发生电路输出一个点火确认信号送入ECU，若功率三极管不能正常导通或截止，ECU收不到IGF信号，表明点火系统发生故障，立即切断燃油喷射，用于故障诊断,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,吉林大学,III锁止保护电路：当点火线圈和功率三极管T通电时间超过预定时间时，锁止电路将T截止，切断电路，保护T和点火线圈。 IV过压保护电路：若供电电压过高，过压保护电路使T 截止。 工作过程：ECU据曲轴位置传感器输入的G和Ne确定点火时刻，发点火定时信号IGt点火器经其中的闭合角控制电路和点火控制电路控制T导通和截止实现点火线圈初级绕组的充电和断电次级绕组感应出高电压分电器,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,无分电器式点火系统：完全取消传统的分电器，由于点火线圈产生的高电压直接送火花塞，也称直接点火系统，有两种形式： a. 双缸同时点火式：两个汽缸合用一个点火线圈，次级绕组两端分别与两个汽缸上的火花塞相连。 如图所示：,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,b. 单独点火方式：每个汽缸的火花塞上各配一个点火线圈，单独对各缸点火。 优点：这种形式无机 械式分电器和高压导线，因 此能量传导损失和漏电损失 小，机械磨损或故障少，并 且各缸的点火线圈和火花塞 均由金属层包覆，电磁干扰 大大减少，同时也减少了对 其他电控系统的干扰。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,无分电器式点火系统组成： a. 点火线圈:采用小型闭磁路点火线圈 b. 点火器：在分电器式点火系统点火器电路的基础上增加以下两部分电路 I. 控制点火线圈初级绕组通断的功率三极管极其驱动电路增多，个数与点火线圈个数相等。 II增加了汽缸判别电路和判缸信号，判缸信号存于ECU，ECU根据曲轴角度基准位置及查表确定判缸信号状态，送入点火器。汽缸判别电路根据判缸信号状态决定接通哪条驱动电路，并将点火正时信号IGt送往与此驱动电路相连的点火线圈，完成点火。 原理如图,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,吉林大学,四、电控点火系统控制要点：电控系统框图如图所示 将一系列适应于各种工况下的 最佳点火角组成相应三维MAP图， 是控制的主要依据，通过发动机 台架试验，得出原始数据（主要 依据不同转速和负荷工况下）并 在汽车行驶过程中按预定准则优 化后确定MAP图，并以数据形式 存入ROM。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,吉林大学,1点火提前角控制： （1）起动点火提前角控制：主要依据发动机转速、起动开关和冷却水温，起动时发动机转速较低，进气流量不稳定，点火时刻一般固定在某一初始点火提前角，其值因发动机而异，有的将初始点火提前角定在上止点前10度，有的还考虑冷却水温，如某些日产车，在水温0以上，定在上止点前16度，低于0时，根据水温适当增大点火角。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,（2）起动后点火提前角控制：起动后发动机转速超过一定值时自动转换为由ECU的点火正时信号IGt 控制，ECU根据发动机转速和负荷，从存储器中找出最佳基本点火提前角，再根据有关传感器信号加以修正，得出实际点火提前角。 a. 基本点火提前角确定： I怠速工况： 怠速触点闭合时，ECU根据发动机转速和空调开关是否接通确定基本点火提前角。 II正常运行工况：怠速触点断开，ECU根据发动机转速和负荷（进气流量、进气歧管绝对压力、节气门开度）信号，在存储器中查找该工况下最佳基本点火提前角。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,吉林大学,b. 点火提前角的修正： I暖机修正：冷起动后，当冷却水温较低时，应增大点火提前角，如图,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,II过热修正：发动机处于怠速工况（怠速触点IDL接通），当冷却水温度过高时，为避免发动机长时间过热，应将点火提前角增大，发动机处于正常工况（IDL断开），当冷却水温过高时，为避免发生爆震，应减小点火提前角。如图：,吉林大学,III空燃比反馈修正：装有氧传感器的电喷系统进行闭环控制时，ECU根据氧传感器的反馈信号对空燃比进行修正，在反馈修正油量减少，混合气变稀时，适当增大点火提前角。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,2通电时间（闭合角：一次绕组接通时，分电器轴转过的角度）控制：也称点火接通角，对电感储能式点火系统，当点火线圈的初级电路接通后，初级电流按指数规律增长，初级电路断开瞬间，初级电流所能达到的值（即断开电流）与初级电路被接通时间长短有关。只有通电时间达到一定值，初级电流才能达到饱和，而次级电压值与断开电流成正比，需保证通电时间能使初级电流达到一定值，但通电时间不能过长，防止线圈发热和电能消耗增大 控制原则：闭合角取决于发动机转速和蓄电池的供电电压，要求在不同的蓄电池供电电压，不同转速下都应具有相同的一次电流。发动机转速升高时，增大闭合角防止储能下降，点火困难。蓄电池电压下降时，也要增大通电时间。,第二章 发动机电子控制系统,吉林大学,第三章 电子控制自动变速系统,二、自动变速器分类： 车辆传动装置可分为： 液力传动 机械传动：机械有级传动和机械无级传动 电传动 目前已实现电子控制并得到广泛应用的电控自动变速器大致可分为以下几类：,吉林大学,电控液力自动变速器：Automatic Transmission, AT 结构：液力变矩器+行星齿轮变速器+电控系统+液压、冷却系统 应用最广 优点：采用液力变矩器，具有无级连续变速和变矩能力使起步换档平稳，为动力性换档，平顺性好。 缺点：传动效率差，耗油量大，结构复杂，制造困难，成本高,第三章 电子控制自动变速系统,吉林大学,2电控机械式自动变速器：Automated Mechanical Transmission, AMT 结构： a. 干式离合器+传统固定轴式齿轮变速器+电控系统+液压系统、执行机构。为电液式AMT，动力源由液压系统中的油泵提供 b. 干式离合器+传统固定轴式齿轮变速器+电控系统+电机、执行机构。为全电式AMT，电机作为动力源，依靠电机转动驱动离合器、选换档执行机构动作。,第三章 电子控制自动变速系统,吉林大学,目前普遍采用的是电液式AMT。第一台：日本五 十铃，1984年推出 优点：原齿轮变速箱结构不变，加一些电控系统、执行机构，适合我国国情。传动效率高、省油，结构简单，易制造，成本低。 缺点：采用干式离合器，易磨损，离合器寿命短，不易控制，非动力性换档，平顺性差，罗密欧。,第三章 电子控制自动变速系统,吉林大学,3.双离合器式自动变速器：Dual Clutch Transmission，DCT： 采用两个湿式离合器、与两个湿式离合器分别相联接的两个输入轴、按奇偶数档位分别布置在两个输入轴上的换档同步器及相应齿轮组、还有自动换档控制系统以及电控系统TCU等。主要特点是变速器各档位主动齿轮按奇、偶数档位分别与输入轴上设置的两个湿式离合器C1、C2连接，离合器C1、C2交替传递工作动力以实现档位切换 结构：扭转减振器+湿式离合器+变速器+电控系统+液压系统,第三章 电子控制自动变速系统,吉林大学,优点： 继承了手动变速器传动效率高、安装空间紧凑、重量轻、价格便宜等许多优点 为动力换档，换档品质好。保证了车辆的加速性能和平顺性。 保证车辆具有良好的经济性，使车辆在油耗和排放等方面有所改善。 保护现有手动变速箱生产投资，生产继承性好。,第三章 电子控制自动变速系统,吉林大学,4机械式无级自动变速器：Continuously Variable Transmission, CVT 结构：主要有带传动和链传动两种形式，电磁离合器+CVT：离合器制造困难 液力变矩器+离合器：也称双无级 菲亚特派力奥，洛阳三明公司。 优点：起步换档平顺， 缺点：液力变矩器+离合器传动效率低，制造难度大，成本高。,第三章 电子控制自动变速系统,吉林大学,第三章 电子控制自动变速系统,AT、AMT、DCT 基本结构 工作原理 控制要点： 挡位决策方法 换档过程控制,吉林大学,第二节 电控机械式自动变速器 一、电液式AMT系统基本组成：传感器+ECU+液压系统+执行机构 1. 液压系统和执行机构：液压泵、压力继电器、蓄能器、电磁阀，离合器、选换档动作缸 电磁阀：一个总阀，三个离合器控制阀，四个选换档控制阀，采用高速开关阀,第三章 电子控制自动变速系统,吉林大学,第三章 电子控制自动变速系统,离合器油缸：离合器油缸活塞连接到离合器分离杠